初探大體積混凝土裂縫分析及防治技術(shù)

郭瑞江

廈門市廣廈工程建設有限公司（361000）

初探大體積混凝土裂縫分析及防治技術(shù)

郭瑞江

廈門市廣廈工程建設有限公司（361000）

這里首先全面了解大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因，提出了大體積混凝土溫度裂縫的控制方法和施工要點，結(jié)合工程實例，分析了該項目采用的技術(shù)措施，對同類工程有一定的借鑒意義。

大體積混凝土；施工；裂縫；養(yǎng)護

1 大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因及防裂措施

1.1 大體積混凝土裂縫形成的原因

裂縫產(chǎn)生的原因可分為兩類：一是結(jié)構(gòu)型裂縫，是由外荷載引起的，包括常規(guī)結(jié)構(gòu)計算中的主要應力以及其他的結(jié)構(gòu)次應力造成的受力裂縫。二是材料型裂縫，是由非受力變形變化引起的，主要是由溫度應力和混凝土的收縮引起的。

1.2 溫度應力引起裂縫(溫度裂縫)

目前，溫度裂縫產(chǎn)生主要是由溫差造成的,溫差可分為以下兩種：

1）混凝土澆筑初期，產(chǎn)生大量的水化熱，由于混凝土是熱的不良導體，水化熱積聚在混凝土內(nèi)部不易散發(fā)，常使混凝土內(nèi)部溫度上升，而混凝土表面溫度為室外環(huán)境溫度，這就形成了內(nèi)外溫差。這種內(nèi)外溫差在混凝土凝結(jié)初期產(chǎn)生的拉應力超過混凝土抗拉強度時，就會導致混凝土裂縫。

2）拆模后，表面溫度降低很快，溫度陡降也會導致裂縫的產(chǎn)生。收縮引起裂縫，收縮有很多種，包括干燥收縮、塑性收縮、自身收縮、碳化收縮等。

1.3 合理選擇混凝土原材料

由以上分析，材料型裂縫主要是由溫差和收縮引起，所以為了防止裂縫的產(chǎn)生，就要最大限度地降低溫差和減少混凝土的收縮,具體措施如下：

1）水泥的選擇。溫差主要是由水化熱產(chǎn)生的，為了減小溫差就要盡量降低水化熱。為了降低水化熱，要盡量采用早期水化熱低的水泥。水泥的水化熱是礦物成分與細度的函數(shù),要降低水泥的水化熱，主要是選擇適宜的礦物組成和調(diào)整水泥的細度模數(shù)。硅酸鹽水泥的礦物組成主要有：C3S、C2S、C3A、C4AF，試驗表明，水泥中鋁酸三鈣(C3A)和硅酸三鈣(CS)含量高的，水化熱較高，所以為了減少水泥的水化熱,必須降低熟料中C3A和C3S的含量，在施工中一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥。

2）粉煤灰的摻加。為了減少水泥用量，降低水化熱并提高和易性,可以把部分水泥用粉煤灰代替。

1.4 加入外加劑

1）減水劑對防止混凝土開裂的影響。減水劑的主要作用是改善混凝土的和易性,降低水灰比，提高混凝土強度，或在保持混凝土一定強度時減少水泥用量，而水泥用量的減少對防止裂縫是十分有利的。

2）緩凝劑對防止混凝土裂縫的影響。緩凝劑的作用一是延緩混凝土放熱峰值出現(xiàn)的時間?；炷恋膹姸葧S齡期的增長而增長，所以等放熱峰值出現(xiàn)時，混凝土強度也增大了，從而減小裂縫出現(xiàn)的概率。二是改善和易性，減少運輸過程中的塌落度損失。

1.5 采用合理的施工方法

1.5.1 混凝土的拌制

在混凝土拌制過程中，要嚴格控制原材料計量準確，嚴格控制混凝土出機坍落度。要盡量降低混凝土拌合物出機口溫度，拌合物可采用以下兩種降溫措施：一是送冷風對拌和物進行冷卻，二是加冰拌合，一般新拌混凝土的溫度控制在6℃左右。

1.5.2 混凝土澆筑、拆模

1）混凝土澆筑過程質(zhì)量控制。澆筑過程中要進行振搗方可密實，振搗時應均勻一致，以表明泛漿為宜振搗間距要均勻，以振搗力波及范圍重疊二分之一為宜。澆筑完畢后，表面要壓實、抹平，以防止表面裂縫。2）澆筑時間控制。盡量避開在太陽輻射較強的時段澆筑。由于工程需要在夏季施工，應盡量避開正午高溫時段,必要時也可搭簡易遮陽棚，澆筑盡量安排在夜間進行。3）混凝土拆模時間控制。混凝土在實際溫度養(yǎng)護的條件下，強度在設計強度的75%以上，混凝土中心與表面最低溫度控制在25℃以內(nèi)，拆模后混凝土表面溫降不超過9℃。

1.6 做好表面隔熱保護

大體積混凝土的溫度裂縫，主要是由內(nèi)外溫差過大引起的?；炷翝仓?，由于內(nèi)部較表面散熱慢，會形成內(nèi)外溫差，表面收縮受內(nèi)部約束產(chǎn)生拉應力，但是這種拉應力通常很小，不至于超過混凝土的抗拉強度而產(chǎn)生裂縫。但是如果此時受到冷空氣的襲擊，或者快速通風散熱，表面溫度下降過大就很容易導致裂縫的產(chǎn)生。所以混凝土在拆模后，特別是低溫季節(jié),應立即采取表面保護，防止表面降溫過大，引起裂縫。

1.7 養(yǎng)護

混凝土澆筑完畢后，應及時灑水養(yǎng)護，以保持混凝土表面濕潤,這樣既減少外界高溫倒罐，又防止干縮裂縫的發(fā)生,促進混凝土強度的穩(wěn)定增長。一般在澆筑完畢后12～18 h內(nèi)立即開始養(yǎng)護，連續(xù)養(yǎng)護時間不少于28 d或設計的齡期。

1.8 通水冷卻

在大體積混凝土內(nèi)安裝通水小管道，根據(jù)測溫控制點的溫度值來控制通水降溫的開始與結(jié)束時間,采用通冷水方法來降低混凝土最高溫度峰值。應注意通水時間不能過長，因為時間過長會造成降溫過大而引起較大的溫度應力。

2 大體積混凝土的施工實例方案

2.1 工程概況

本工程是一座集商業(yè)、辦公公寓為一體的現(xiàn)代化建筑，地下1層地上12層，總建筑面積1萬多平方米，結(jié)構(gòu)型式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。本工程地下室為消防水池、水泵室、配電室及發(fā)電機室，1～3層主要是商業(yè)及辦公用房，4層起為公寓。本工程地下室基礎采用振動沉管灌注樁與筏板基礎。承臺設計底標高為5．5m,基礎底板厚度為900 cm,采用C40防滲混凝土,抗?jié)B等級為S8,整個基礎底板的混凝土量約為2 000ms。計劃基礎底板混凝土澆灌時間為2 d。

2.2 施工準備工作

大體積混凝土的施工技術(shù)要求比較高，特別在施工中要防止混凝土因水泥水化熱引起的溫度差產(chǎn)生溫度裂縫，因此需要從材料選擇、技術(shù)措施等有關(guān)環(huán)節(jié)做好充分的準備工作，才能保證大體積混凝土基礎底板順利施工。

2.3 材料選擇

1）水泥：考慮普通水泥水化熱較高，將普通水泥應用到大體積混凝土中,大量水泥水化熱不易散發(fā)，混凝土內(nèi)部溫度過高,與表面產(chǎn)生較大的溫度差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓力，表面產(chǎn)生拉應力。當表面拉應力超過早期混凝土抗拉強度時就會產(chǎn)生溫度裂縫,因此應采用水化熱比較低的礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥，通過摻加合適的外加劑改善混凝土的性能，提高混凝土的抗?jié)B能力。

2）粗骨料：采用碎石，粒徑5～25mm，含泥量不大于1%。選用粒徑較大，級配良好的石子配置的混凝土，和易性較好，抗壓強度較高，可以減少用水量及水泥用量，從而使水泥水化熱減少，降低混凝土溫度。

3）細骨料：優(yōu)選中粗砂，也可采用中砂，即山砂45%+人工砂55%，平均粒徑大于0．5mm，含泥量不大于3%，選用平均粒徑較大的中粗砂拌制的混凝土比采用細砂拌制的混凝土可減少用水量10%左右，同時相應減少水泥用量，使水泥水化熱減少，降低混凝土溫升，減少混凝土收縮。

4）粉煤灰：由于混凝土的澆筑方式為泵送，為了改善混凝土的和易性便于泵送，考慮摻加適量的粉煤灰。按照規(guī)范要求，采用礦渣硅酸鹽水泥拌制大體積粉煤灰混凝土時，其粉煤灰取代水泥的最大限量為25%。粉煤灰能減少水化熱，改善混凝土和易性，但摻粉煤灰的混凝土早期極限抗拉值均有所降低，對混凝土抗?jié)B抗裂不利，因此粉煤灰的摻量最好控制在10%左右。

2.4 混凝土配合比

1）混凝土采用攪拌站供應的商品混凝土，因此要求混凝土攪拌站根據(jù)現(xiàn)場提出的技術(shù)要求，提前做好幾組混凝土試配。

2）按照國家現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范、普通混凝土配合比設計規(guī)程及粉煤灰混凝土應用技術(shù)規(guī)范中的有關(guān)技術(shù)要求進行設計。

2.5 現(xiàn)場準備工作

1）基礎底板鋼筋及柱、墻插筋應分段盡快施工完畢，并進行隱蔽工程驗收。基礎底板上的地坑、積水坑采用組合模板支撐。將基礎底板上表面標高抄在柱、墻鋼筋上，并作明顯標志，供澆筑混凝土時找平用。澆筑混凝土時，預埋的測溫管及保溫所需的塑料薄膜、草席等應提前準備好。

2）項目經(jīng)理部應與建設單位聯(lián)系好施工用電，以保證混凝土振搗及施工照明用。管理人員、施工人員、后勤人員、保衛(wèi)人員等晝夜排班，堅守崗位，各負其責，保證混凝土連續(xù)澆灌的順利進行。

2.6 大體積混凝土施工

2.6.1 施工段的劃分及澆筑順序

由于基礎底板的尺寸不大，底板厚度均為600 Era左右，因此基礎底板為一個自然施工段，混凝土的澆筑順序由A至E軸方向從l到30軸向后澆筑。基礎底板外側(cè)四周用240mm磚墻，然后水泥砂漿找平層，采用逆作涂膜防水，在851涂膜防水層上抹1：3水泥砂漿，3 d后作外模板?；A底板上的預留基坑、積水坑部位采用組合鋼模板支模，不合模數(shù)的部位采用木模板支模。

2.6.2 鋼筋

鋼筋加工在現(xiàn)場鋼筋場進行，暗梁主筋采用閃光對接焊連接，底板鋼筋采用冷搭接?；A底板鋼筋施工完畢進行柱、墻插筋施工，柱、墻插筋應保證位置準確?；A底板鋼筋及柱、墻插筋施工完畢，組織一次隱蔽工程驗收，合格后方可澆筑混凝土。

2.6.3 混凝土澆筑

采用商品混凝土,用混凝土運輸車運到現(xiàn)場，一般采用2臺混凝土輸送泵送筑?；炷翝仓r采用分區(qū)定點、一個坡度、循環(huán)推進，一次到頂?shù)臐仓に?。布料桿的長度劃定澆筑區(qū)域，每臺泵車負責本區(qū)域混凝土澆筑,澆筑時先在一個部位進行，直至達到設計標高，混凝土形成扇形向前流動，然后在其坡面上連續(xù)澆筑，循環(huán)推進。這種澆筑方法能較好地適應泵送工藝，使每車混凝土都澆筑在前一車混凝土的形成面上，確保每層混凝土之間的澆筑間歇時間不超過規(guī)定的時間，同時可解決頻繁移動泵管的問題，也便于澆筑完的部位進行覆蓋和保溫?；炷翝仓r在每臺泵車的出灰口處配置3～4臺振搗器,因為混凝土的坍落度比較大,在1．5m厚的底板內(nèi)可斜向流淌lm遠左右。2臺振搗器主要負責下部斜坡流淌處振搗密實，另外1～2臺振搗器主要負責頂部混凝土振搗。

由于混凝土坍落度比較大，會在表面鋼筋下部產(chǎn)生水分，或在表層鋼筋上部的混凝土產(chǎn)生細小裂縫。為了防止出現(xiàn)這種裂縫，在混凝土初凝前和混凝土預沉后采取二次抹面壓實措施。

現(xiàn)場按每澆筑100立方米(或一個臺班)制作3組試塊，1組壓7 d強度。1組壓28 d強度歸技術(shù)檔案資料用，1組壓l4 d強度備用。防水混凝土抗?jié)B試塊按規(guī)范規(guī)定每單位工程不得少于2組，考慮本工程不太大，按規(guī)定取2組防水混凝土抗?jié)B試塊。

2.6.4 混凝土測溫

基礎底板混凝土澆筑時應設專人配合預埋測溫管。測溫管的長度分為兩種規(guī)格，測溫點布置應按測溫平面布置圖進行預埋，預埋時測溫管與鋼筋綁扎牢固，以免位移或損壞。每組測溫線有2根并在線上用膠帶做好標志，便于區(qū)分深度。測溫線用塑料袋罩好，綁扎牢固，測溫端頭不能受潮，測溫線位置用保護木框作為標志，便于保溫后查找。

配合專職測溫人員，按兩班考慮，對測溫人員要進行培訓和技術(shù)交底,測溫人員要認真負責，按時按孔測溫，不得遺漏或弄虛作假，測溫記錄要填寫清楚、整潔，換班時要進行交底。測溫工作應按要求進行，并經(jīng)技術(shù)部門同意后方可停止測溫。測溫時發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部最高溫度與外部溫度之差達到25℃或溫度異常，應及時通知技術(shù)部門和項目技術(shù)負責人，以便及時采取措施。測溫采用液晶數(shù)字顯示電子測溫儀，以保證測溫讀數(shù)準確。

2.6.5 混凝土養(yǎng)護

混凝土澆筑及二次抹面壓實后應立即覆蓋保溫，先在混凝土表面覆蓋二層草席，然后在上面覆蓋一層塑料薄膜。

新澆筑的混凝土水化速度比較快，蓋上塑料薄膜后可進行保溫保養(yǎng)，防止混凝土表面因脫水而產(chǎn)生干縮裂縫，同時可避免草席因吸水受潮而降低保溫性能。柱、墻插筋部位是保溫的難點，要特別注意蓋嚴，防止造成溫差較大或受凍。

停止測溫的部位經(jīng)技術(shù)部門和項目技術(shù)負責人同意后，可將保溫層及塑料薄膜逐層掀掉，使混凝土散熱。